110kV主變間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作分析及改進(jìn)措施

馬金山 吳繼雄 瞿輝

摘要：通過(guò)兩個(gè)案例分析了主變間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作原因，并提出了改進(jìn)措施，防止因系統(tǒng)故障造成主變間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，擴(kuò)大事故范圍。

關(guān)鍵詞：主變保護(hù);間隙過(guò)壓;光纖差動(dòng)

0? ? 引言

我國(guó)110 kV及以上電力系統(tǒng)為中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)，但不是所有的110 kV及以上電壓等級(jí)的變壓器中性點(diǎn)都要直接接地?？紤]到系統(tǒng)短路容量的問(wèn)題，如全部接地，系統(tǒng)零序阻抗變小，系統(tǒng)發(fā)生接地后短路電流較大，因此要考慮部分變壓器中性點(diǎn)不接地。根據(jù)《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》要求，110 kV及以上不接地的變壓器中性點(diǎn)要采取間隙保護(hù)措施。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，變壓器所接的電力網(wǎng)失去接地中性點(diǎn)，若間隙電流（電壓）達(dá)到過(guò)壓保護(hù)定值，經(jīng)0.3～0.5 s時(shí)限動(dòng)作斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。

2018年6月3日，110 kV麻城變因10 kV側(cè)有小電源系統(tǒng)，主供線路發(fā)生單相接地故障，造成#1主變間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)#1主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)。2019年2月11日，110 kV象山變主供線路發(fā)生接地及斷線故障，造成#2主變高后備間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)#2主變兩側(cè)開(kāi)關(guān)。從以上兩個(gè)案例來(lái)看，110 kV變電站存在主供線路故障造成主變間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)。本文將對(duì)故障案例進(jìn)行分析，并提出整改措施。

1? ? 間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作分析

1.1? ? 110 kV麻城變間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作分析

2018年6月3日，110 kV麻城變由麻花線主供，麻花線路（靠花竹變）發(fā)生B相接地故障，花竹變距離、零序保護(hù)動(dòng)作后跳開(kāi)花竹側(cè)開(kāi)關(guān)DL1，如圖1所示。因110 kV麻城變?yōu)槭茈妭?cè)，距離、零序保護(hù)未動(dòng)作。麻城變10 kV母線接有小電源E2，當(dāng)主供線路跳閘后，能維持麻城變一定時(shí)間的電壓。麻城變因DL1跳閘與系統(tǒng)脫網(wǎng)，1T中性點(diǎn)未接地，相當(dāng)于不接地系統(tǒng)運(yùn)行。麻城變DL2、DL3、DL4、DL5未跳閘，麻花線的接地點(diǎn)未隔離，因小電源的原因，非故障相電壓升高■倍，二次零序電壓上升到300 V左右，達(dá)到主變間隙保護(hù)動(dòng)作值，110 kV麻城變#1主變間隙保護(hù)動(dòng)作。

1.2? ? 110 kV象山變間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作分析

2019年2月11日，110 kV象山變主供線路南象線（靠象山側(cè)）發(fā)生先接地后斷線故障。其動(dòng)作時(shí)序?yàn)椋?10 kV南象線線路C相接地—南橋側(cè)保護(hù)啟動(dòng)—0.7 s線路發(fā)生斷線（靠南橋側(cè)仍然接地），靠象山側(cè)斷線—象山側(cè)間隙保護(hù)啟動(dòng)—0.5 s后象山變#2主變間隙保護(hù)動(dòng)作跳兩側(cè)，南橋變南象線接地距離Ⅱ段動(dòng)作跳南象線。南象線C相接地網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。

1.2.1? ? 南象線接地后象山側(cè)零序電壓分析

如圖3所示，110 kV南象線發(fā)生C相接地后，因110 kV象山變中性點(diǎn)未接地且無(wú)電源，因此C相母線電壓降為0 V，根據(jù)公式得3U0為100 V。該零序電壓小于間隙保護(hù)動(dòng)作值，象山變間隙過(guò)壓保護(hù)不啟動(dòng)。

1.2.2? ? 南象線（象山側(cè)）斷線后零序電壓分析

南象線發(fā)生C相接地700 ms后，象山變故障錄波顯示C相電壓升高到相電壓和3U0升高到200 V，說(shuō)明線路靠象山側(cè)發(fā)生斷線故障，即象山變C相與故障點(diǎn)脫離，象山110 kV母線為非全相運(yùn)行。象山變110 kV母線C相電壓由變壓器高壓側(cè)三相繞組構(gòu)成電壓回路，其一次電壓為A相與B相電壓的相量和，因此C相的二次電壓升到相電壓，3U0升到200 V左右。南象線斷線后網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

200 V為理論值，但實(shí)際該零序電壓應(yīng)小于200 V，因母線電壓受負(fù)荷和變壓器阻抗影響，若變壓器為空載時(shí)可達(dá)到200 V。經(jīng)系統(tǒng)查詢(xún)，故障時(shí)象山變的#1主變負(fù)荷為25 MW，#2主變負(fù)荷為19 MW（無(wú)功為3 Mvar），此時(shí)母線電壓可由公式（1）計(jì)算：

雖然受負(fù)荷和變壓器阻抗影響，母線電壓均比理論低，但不會(huì)低很多，因線路阻抗較小。故障錄波顯示3U0為194 V，充分說(shuō)明該時(shí)刻發(fā)生斷線故障。

此時(shí)3U0電壓大于間隙過(guò)壓保護(hù)定值，#2主變間隙保護(hù)動(dòng)作。

2? ? 解決措施

2.1? ? 帶有小電源變電站線路解決措施

將帶有小電源變電站的線路保護(hù)更換為光差保護(hù)可有效解決該問(wèn)題。當(dāng)線路發(fā)生接地后，光差保護(hù)跳開(kāi)兩側(cè)斷路器，對(duì)于主供側(cè)來(lái)說(shuō)故障點(diǎn)被隔離，對(duì)于小電源側(cè)變電站來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)可變?yōu)椴唤拥胤绞竭\(yùn)行，因故障點(diǎn)被隔離，可有效防止主變間隙保護(hù)動(dòng)作。

2.2? ? 無(wú)小電源變電站線路解決措施

無(wú)小電源的變電站，當(dāng)主供線路發(fā)生故障后，保護(hù)裝置快速切除故障跳兩側(cè)開(kāi)關(guān)，受電側(cè)母線失壓，主變放電間隙不動(dòng)作，此時(shí)受電側(cè)可通過(guò)自動(dòng)裝置彌補(bǔ)失壓事件。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述分析，光纖差動(dòng)保護(hù)快速切除線路故障可有效防止受電側(cè)主變間隙過(guò)壓動(dòng)作。雖然本文列舉了兩種風(fēng)險(xiǎn)，但在正常運(yùn)行時(shí)其發(fā)生的概率較小。荊門(mén)110 kV線路完全配置光差保護(hù)也不是一朝一夕就能完成的，為了防止類(lèi)似事件的發(fā)生，若線路時(shí)間級(jí)差滿(mǎn)足配合要求，可考慮縮短距離保護(hù)Ⅱ段時(shí)限。

收稿日期：2020-06-04

作者簡(jiǎn)介：馬金山（1971—），男，湖北荊門(mén)人，工程師，高級(jí)技師，主要從事變電管理工作。

吳繼雄（1978—），男，湖北荊門(mén)人，工程師，技師，主要從事變電管理工作。

瞿輝（1971—），男，湖北荊門(mén)人，工程師，技師，主要從事變電檢修管理工作。